[发明专利]用于抑制准光腔简并高次模的样品台及测试方法和应用有效
申请号: | 201911194800.0 | 申请日: | 2019-11-28 |
公开(公告)号: | CN111077377B | 公开(公告)日: | 2022-03-08 |
发明(设计)人: | 龙嘉威;余承勇;李恩;涂一航;李亚峰;高冲;高勇;张云鹏;郑虎 | 申请(专利权)人: | 电子科技大学 |
主分类号: | G01R27/26 | 分类号: | G01R27/26 |
代理公司: | 成都点睛专利代理事务所(普通合伙) 51232 | 代理人: | 敖欢 |
地址: | 611731 四川省成*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 用于 抑制 准光腔简 高次模 样品 测试 方法 应用 | ||
本发明提供了一种用于抑制准光腔简并高次模的样品台及其测试方法和应用,包括介质基板,介质基板中心设有圆形金属覆层,金属覆层上刻有微波匹配电路结构,微波匹配电路结构为圆形金属覆层圆心两侧对称设置的两条平行于TEM00q模式电场方向的缝隙,金属覆层厚度大于工作频点电磁波的趋肤深度,介质基板材料的损耗角正切值高于1e‑4,本发明能够在保证不影响TEM00p模的前提下,使TEM00p模附近的非TEM00p模造成不匹配而无法激励出谐振现象,能够将其能量通过高损耗基板将其消耗掉,进而能够将频谱对应TEM00p模出现的双峰改进为对称的单峰,在使用准光腔法测试复介电常数时,TEM00p模对应Q值的测试更为真实,提高准光腔法测待测材料损耗的精度。
技术领域
本发明属于微波技术领域,具体涉及一种用于准光腔中TEM00p模式测复介电常数的样品台、测试方法及应用。
背景技术
TEM00p模的准光腔是一种微波谐振器,可以用于介质材料的宽频带复介电常数测量,该技术具有快速、宽频、准确可靠等特性,具有一定的实用性。其工作模式为TEM00p模式,具有场结构简单、稳定、无色散、工作频带宽等优点。常见的准光腔测试系统由一个反射面和一个样品台构成,反射面上设置有单个或者两个耦合孔,分别用于单端口测试或者双端口测试,通过在耦合孔中插入耦合环对准光腔进行馈电激励,使其产生谐振。选取不同的p,可以获得不同的谐振频率,从而可以得到多个TEM工作模式,即利用一个谐振器就可以实现多个模式,在较宽频带范围内覆盖多个离散的工作频点。现有样品台与反射面为一体化设计,采用铝块制成,在样品台中心有一块圆形台阶,用于放置待测样品,同时也是反射面,凸起部分的圆心与样品台中心重合,直径与待测样品直径相同,在样品台四角有四个圆形固定孔,用于将样品台固定于准光腔下表面。由于样品台完全用金属材料制成,非台阶部分也能形成反射,容易激励出高次模,干扰自动化测试时,模式的自动试别。其完整的圆形反射面结构也会滋生出与主模频率非常接近的简并高次模,导致主模Q值测试不准确,影响测试精度。
准光腔法测介质的复介电常数,选用的工作模式为TEM00p模式。利用加载待测材料前后两次的谐振频率与Q值,通过计算可以推算出待测材料的复介电常数。但由于实际过程中,由于反射面和样品台之间的不匹配作用,会激励出大量的非TEM00p模的谐振模式,特别是在高频段,会出现与TEM00p模谐振频率特别相近的非TEM00p谐振模式,从而在频谱上会出现双峰形,实际测量的Q值将会是TEM00p模与几乎同频率的非TEM00p模共同作用下的Q值结果,而非TEM00p模的场分布通常非常复杂,而无法通过计算推导得到。通常情况下是忽略其影响,但是在一些低损耗介质材料的损耗测量中,会导致相对误差较大。在B.Komiyama的文章《Open Resonator for Precision Dielectric Measurements in the100GHz Band》一文中,介绍了通过在TEM00q模式下测出复介电常数,主要求解特征方程
其中
d=D-t
即可得到n的值,而即得到介电常数。
而损耗部分可以通过公式
其中
D为等效半径,t为待测样品的厚度,fs为加载样品之后的谐振频率,Q0和Qs分别为样品加载前后,对应谐振模式的Q值。通过求解特征方程和损耗方程,即可求得复介电常数。
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